PCB/FPC線路板表面處理工藝最全匯總

PCB表面處理最基本的目的是保證良好的可焊性或電性能。由于自然界的銅在空氣中傾向于以氧化物的形式存在，不大可能長(zhǎng)期保持為原銅，因此需要對(duì)銅進(jìn)行其他處理。

　　 1、熱風(fēng)整平(噴錫)

　　熱風(fēng)整平又名熱風(fēng)焊料整平(俗稱噴錫)，它是在PCB表面涂覆熔融錫(鉛)焊料并用加熱壓縮空氣整(吹)平的工藝，使其形成一層既抗銅氧化，又可提供良好的可焊性的涂覆層。熱風(fēng)整平時(shí)焊料和銅在結(jié)合處形成銅錫金屬間化合物。PCB進(jìn)行熱風(fēng)整平時(shí)要沉在熔融的焊料中;風(fēng)刀在焊料凝固之前吹平液態(tài)的焊料;風(fēng)刀能夠?qū)~面上焊料的彎月狀最小化和阻止焊料橋接。

       有鉛噴錫:

價(jià)格便宜，焊接性能佳，機(jī)械強(qiáng)度，光亮度等有鉛要比無鉛好，但是其具有鉛等重金屬，不環(huán)保，無法過ROHS

      無鉛噴錫:

價(jià)格便宜，但光亮度相比有鉛會(huì)比較暗淡，且環(huán)保，能過ROHS

      共同缺點(diǎn)：不適合用來焊接細(xì)間隙的引腳以及過小的元器件，因?yàn)閲婂a板的表面平整度較差。在PCB加工中容易產(chǎn)生錫珠(solder bead)，對(duì)細(xì)間隙引腳(fine pitch)元器件較易造成短路。使用于雙面SMT工藝時(shí)，因?yàn)榈诙嬉呀?jīng)過了一次高溫回流焊，極容易發(fā)生噴錫重新熔融而產(chǎn)生錫珠或類似水珠受重力影響成滴落的球狀錫點(diǎn)，造成表面更不平整進(jìn)而影響焊接問題。

       2、有機(jī)可焊性保護(hù)劑(OSP)

　　OSP是印刷電路板(PCB)銅箔表面處理的符合RoHS指令要求的一種工藝。 OSP是Organic Solderability Preservatives的簡(jiǎn)稱， 中譯為有機(jī)保焊膜，又稱護(hù)銅劑，英文亦稱之Preflux。 簡(jiǎn)單地說，OSP就是在潔凈的裸銅表面上，以化學(xué)的方法長(zhǎng)出一層有機(jī)皮膜。這層膜具有防氧化，耐熱沖擊，耐濕性，用以保護(hù)銅表面于常態(tài)環(huán)境中不再繼續(xù)生銹 (氧化或硫化等);但在后續(xù)的焊接高溫中，此種保護(hù)膜又必須很容易被助焊劑所迅速清除，如此方可使露出的干凈銅表面得以在極短的時(shí)間內(nèi)與熔融焊錫立即結(jié)合 成為牢固的焊點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：具有裸銅焊接的所有優(yōu)點(diǎn)，板子長(zhǎng)期放置導(dǎo)致過期三個(gè)月也可以重新做表面處理，但通常以以此為限；

缺點(diǎn)：容易受到酸及濕度影響。使用于二次回流焊時(shí)，需在一定時(shí)間內(nèi)完成，通常第二次回流焊的效果會(huì)比較差。存放時(shí)間如果超過三個(gè)月就必須重新表面處理。打開包裝后需在24小時(shí)內(nèi)用完。 OSP為絕緣層，所以測(cè)試點(diǎn)必須加印錫膏以去除原來的OSP層才能接觸針點(diǎn)作電性測(cè)試。組裝工藝需要進(jìn)行大的改變，如果探測(cè)未加工的銅表面會(huì)不利于ICT，過尖的ICT探針可能損壞PCB，需要手動(dòng)的防范處理，限制ICT測(cè)試和減少了測(cè)試的可重復(fù)性。

適用場(chǎng)景：估計(jì)目前約有25％-30％的PCB使用OSP工藝，該比例一直在上升（很可能OSP工藝現(xiàn)在已超過噴錫而居于第一位）。OSP工藝可以用在低技術(shù)含量的PCB，也可以用在高技術(shù)含量的PCB上，如單面電視機(jī)用PCB、高密度芯片封裝用板。對(duì)于BGA方面，OSP應(yīng)用也較多。PCB如果沒有表面連接功能性要求或者儲(chǔ)存期的限定，OSP工藝將是最理想的表面處理工藝。

　　3、全板鍍鎳金

　　板鍍鎳金是在PCB表面導(dǎo)體先鍍上一層鎳后再鍍上一層金，鍍鎳主要是防止金和銅間的擴(kuò)散?，F(xiàn)在的電鍍鎳金有兩類：鍍軟金(純金，金表面看起來不亮)和鍍硬金(表面平滑和硬，耐磨，含有鈷等其他元素，金表面看起來較光亮)。軟金主要用于芯片封裝時(shí)打金線;硬金主要用在非焊接處的電性互連。

       4、沉金

　　沉金是在銅面上包裹一層厚厚的、電性良好的鎳金合金，這可以長(zhǎng)期保護(hù)PCB;另外它也具有其它表面處理工藝所不具備的對(duì)環(huán)境的忍耐性。此外沉金也可以阻止銅的溶解，這將有益于無鉛組裝。

• 優(yōu)點(diǎn)：不易氧化，可長(zhǎng)時(shí)間存放，表面平整，適合用于焊接細(xì)間隙引腳以及焊點(diǎn)較小的元器件。有按鍵PCB板的首選(如手機(jī)板)?？梢灾貜?fù)多次過回流焊也不太會(huì)降低其可焊性?？梢杂脕碜鳛镃OB(Chip On Board)打線的基材。

• 缺點(diǎn)：成本較高，焊接強(qiáng)度較差，因?yàn)槭褂脽o電鍍鎳制程，容易有黑盤的問題產(chǎn)生。鎳層會(huì)隨著時(shí)間氧化，長(zhǎng)期的可靠性是個(gè)問題。

• 適用場(chǎng)景: 沉金工藝與OSP工藝不同，它主要用在表面有連接功能性要求和較長(zhǎng)的儲(chǔ)存期的板子上，如手機(jī)按鍵區(qū)、路由器殼體的邊緣連接區(qū)和芯片處理器彈性連接的電性接觸區(qū)。由于噴錫工藝的平坦性問題和OSP工藝助焊劑的清除問題，二十世紀(jì)九十年代沉金使用很廣；后來由于黑盤、脆的鎳磷合金的出現(xiàn)，沉金工藝的應(yīng)用有所減少，不過目前幾乎每個(gè)高技術(shù)的PCB廠都有沉金線。考慮到除去銅錫金屬間化合物時(shí)焊點(diǎn)會(huì)變脆，相對(duì)脆的鎳錫金屬間化合物處將出現(xiàn)很多的問題。因此，便攜式電子產(chǎn)品（如手機(jī)）幾乎都采用OSP、沉銀或沉錫形成的銅錫金屬間化合物焊點(diǎn)，而采用沉金形成按鍵區(qū)、接觸區(qū)和EMI的屏蔽區(qū)，即所謂的選擇性沉金工藝。估計(jì)目前大約有10％-20％的PCB使用化學(xué)鍍鎳/浸金工藝。

沉金和鍍金的差別：

    沉金采用的是化學(xué)沉積的方法，通過化學(xué)氧化還原反應(yīng)的方法生成一層鍍層，一般厚度較厚，是化學(xué)鎳金金層沉積方法的一種，可以達(dá)到較厚的金層。鍍金采用的是電解的原理，也叫電鍍方式。其他金屬表面處理也多數(shù)采用的是電鍍方式。

• 沉金與鍍金形成的晶體結(jié)構(gòu)不一樣，沉金板較鍍金板更容易焊接，不會(huì)造成焊接不良；

• 沉金板只有焊盤上有鎳金，趨膚效應(yīng)中信號(hào)的傳輸是在銅層不會(huì)對(duì)信號(hào)有影響；

• 沉金較鍍金晶體結(jié)構(gòu)更致密，不易氧化；

• 沉金板只有焊盤上有鎳金，不會(huì)產(chǎn)生金絲造成微短；

• 沉金板只有焊盤上有鎳金，線路上阻焊與銅層結(jié)合更牢固；

• 沉金顯金黃色，較鍍金更黃也更好看；

• 沉金比鍍金軟，所以在耐磨性上不如鍍金，對(duì)于金手指板則鍍金效果會(huì)更好。

       5、沉錫

　　由于目前所有的焊料都是以錫為基礎(chǔ)的，所以錫層能與任何類型的焊料相匹配。沉錫工藝可以形成平坦的銅錫金屬間化合物，這個(gè)特性使得沉錫具有和熱風(fēng)整平一樣的好的可焊性而沒有熱風(fēng)整平令人頭痛的平坦性問題;沉錫板不可存儲(chǔ)太久，組裝時(shí)必須根據(jù)沉錫的先后順序進(jìn)行。

缺點(diǎn)：浸錫的最大弱點(diǎn)是壽命短，尤其是存放于高溫高濕的環(huán)境下時(shí)，Cu/Sn金屬間化合物會(huì)不斷增長(zhǎng)，直到失去可焊性。也沒有化學(xué)鍍鎳/浸金金屬間的擴(kuò)散問題；只是浸錫板不可以存儲(chǔ)太久

       6、沉銀

　　沉銀工藝介于有機(jī)涂覆和化學(xué)鍍鎳/沉金之間，工藝比較簡(jiǎn)單、快速;即使暴露在熱、濕和污染的環(huán)境中，銀仍然能夠保持良好的可焊性，但會(huì)失去光澤。沉銀不具備化學(xué)鍍鎳/沉金所具有的好的物理強(qiáng)度因?yàn)殂y層下面沒有鎳。

優(yōu)點(diǎn)：浸銀焊接面可焊性良好，共面性很好，同時(shí)又不像OSP那樣存在導(dǎo)電障礙，但是作為接觸面（如按鍵面）時(shí)，其強(qiáng)度沒有金好。

缺點(diǎn)：浸銀有一個(gè)重要的問題就是銀的電子遷移問題，當(dāng)暴露在潮濕環(huán)境下時(shí)，銀會(huì)在電壓的作用下產(chǎn)生電子遷移，通過向銀內(nèi)添加有機(jī)成分可以降低電子遷移問題。

       7、化學(xué)鎳鈀金

　　化學(xué)鎳鈀金與沉金相比是在鎳和金之間多了一層鈀，鈀可以防止出現(xiàn)置換反應(yīng)導(dǎo)致的腐蝕現(xiàn)象，為沉金作好充分準(zhǔn)備。金則緊密的覆蓋在鈀上面，提供良好的接觸面。

       8、電鍍硬金

　　為了提高產(chǎn)品耐磨性能，增加插拔次數(shù)而電鍍硬金。